DE1801613A1 - Device for heating and controlling an atmosphere for heat treatment - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Otto Voigt, 89 Augsburg, Am Pfannenstiel 14-Dipl.-Ing. Otto Voigt, 89 Augsburg, Am Pfannenstiel 14-

Vorrichtung zur Aufheizung und Steuerung einer Atmosphäre für Wärmebehandlung -Device for heating and control an atmosphere for heat treatment -

Die ulrfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufheizurig und Steuerung der durch einen Ofen für Y/ärmebehandlungszwecke, |The ulrfindung relates to a device for Aufheizurig and Control of the by a furnace for Y / heat treatment purposes, |

z.B. für keramischen Brand, strömenden Atmosphäre, bestehend aus einem Ln einer Öffnung der Ofenungrenzung (z.B. Wand oder Decke) einsetzbaren, rohrförmigen Brenner, durch den Brenngas oder flüssiger oder fließfähiger Brennstoff mit nicht-brennbarem Gas (z.B. Luft, C0_P ) eingeblasen wird.e.g. for ceramic fire, flowing atmosphere, consisting of a tubular burner that can be used in an opening in the furnace boundary (e.g. wall or ceiling), through which fuel gas or liquid or flowable fuel with non-flammable gas (e.g. air, C0 _P ) is blown.

C.C.

Sin Tunnel- oder Ringofen ist vergleichbar r;it einem regenerativen Wärmeaustauscher mit einer bewegten, vom Brenngut gebildeten Speichermasse, die in der Aufheizzone von der aus der Brennzone kommenden Ofenatmosphäre aufgeheizt wird and in der Abkühlzone ihre fühlbare Wärme an die am Ausfahrende einströmende Of enatmosphäre abgibt. Die ideale Pr ο ze."'führung v;äre also dann gegeben, wenn die mit Umgebungstemperatur in einen "wärmedichten Tunnel einströmende Atmosphäre (z.B. Umgelungeluft.) mit der gleichen Temperatur wieder ausströmen würde, so daß nur die für den endothermen Brennprozeß (Austreibung des chemisch gebundenen Wassers und gegebenenfalls Sinterung) "sowie. für die Verdampfung des Anmachwassers erforderliche Wärmemenge hinzugeführt werden müßte. Dies wäre jedoch annähernd nur.dann möglich, wenn die bei Temperaturen zwischen ca.. 900 bis 1100⁰C stattfindende Wärmezufuhr nicht mit der Einführung von die War-· laebilanz verschlechternder Stoffe in die Brennatmosphäre verbunden wäre, wie dies z.B. bei der Verbrennung der üblichen Brennstoffe (Brenngas, Öl oder Kohle) der lall ist. Wegen des technisch relativ geringen Aufwandes und der geringen Energiekosten werdenA tunnel or ring furnace is comparable to a regenerative heat exchanger with a moving storage mass formed by the material to be fired, which is heated in the heating zone by the furnace atmosphere coming from the furnace and in the cooling zone gives off its sensible heat to the furnace atmosphere flowing in at the exit . The ideal process would therefore be given if the atmosphere flowing into a heat-tight tunnel at ambient temperature (e.g. circulating air) would flow out again at the same temperature, so that only that for the endothermic combustion process (expulsion of the chemically bound water and, optionally, sintering) "as well. amount of heat required should be added out for the evaporation of the gauging water. However, this would approximately nur.dann possible if taking place at temperatures between approx .. 900 to 1100 ⁰ C heat supply not with the introduction of substances that deteriorate the warrantee balance in the combustion atmosphere, as is the case, for example, with the combustion of conventional fuels (fuel gas, oil or coal)

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die Öfen der Grobkeramik heute mit diesen Brennstoffen betrieben, bei deren Verbrennung jedoch schädliche Stoffe (z.B. SOp u. dgl.) entstehen,-'die" zur Einhaltung einer v/eit über d.er Umgebungstemperatur liegenden Austrittstemperatur {oberhalb des Taupunktes) gebieten»^ Außerdem finden vor allem die flüssigen Brennstoffe in der strömenden heißen Brennatiaosphäre nicht die günstigsten Bedingungen für ihre Aufbereitung, und die brennbaren Gase mischen sich schlecht mit der Ofenatmosphäre, so daß unvollständige Verbrennung mit Bußbilclune eintritt.the furnaces of the heavy ceramics today are operated with these fuels, but when they are burned harmful substances (e.g. SOp and the like) arise, - 'the "to comply with a v / eit over d.er Ambient temperature lying outlet temperature {above the dew point) areas »^ In addition, especially the liquid fuels do not find in the flowing hot fuel atmosphere the most favorable conditions for their preparation, and the flammable gases do not mix well with the furnace atmosphere, so that incomplete combustion occurs with buss bilclune.

Zur Vermeidung dieser I&ängeX wird nach'einem bekannten Verfahren für flüssige-Brennstoffe die Aufbereitungsphase in einen vom Brennraum abgeteilten Raum verlegt, der in Fora eines !lischrohres oder -topfes im Schüttloch angeordnet ist» Im Mischrohr wird der gegebenenfalls durch Ausnutzung.des Leitungsdruckes zerstäubte oder auch in v/esentlichen drucklos eingebrachte Brennstoff durch Einwirkung von Ofenhitze f/eitgehend verdampft und rait einer Zusatzluftme&ge, öle etwa der gesamten Verbrennum'sluftnenge entspricht, vermischt in.einem sofort zündenden Strahl in den Brennraum eingeblasen. Da nun aber die eingebrachte Wärme zwecks Erzielung eines konstanten Temperaturfeldes über den Ofenquerschnitt gleichmäßig verteilt werden nuß, ist es notwendig, an einer Feuerungsstelle mehrere solcher Zrenner nebeneinander in der Decke anzuordnen unc? den G-emischstrahl mit einem hinreichend starken Impuls einzublasen* damit der Strahl wenistens annähernd die gesamte Eanalhöhe durchsetzt. Durch Vermischung der gezündeten Brenngase mit der Ofenatmosphäre nach der BeziehungA known method is used to avoid this I & ängeX for liquid fuels, the processing phase in one Relocated the space separated from the combustion chamber, which is in the form of a liquid pipe or pot is arranged in the pouring hole »In the mixing tube if necessary, by utilizing the line pressure atomized or also introduced in large parts without pressure Fuel evaporates due to the effect of furnace heat and add an additional amount of air to roughly the entire amount of combustion air mixed in an immediately igniting jet blown into the combustion chamber. But now there is the warmth brought in in order to achieve a constant temperature field over the If the furnace cross-section must be evenly distributed, it is necessary to have several such separators next to each other at one furnace to be arranged in the ceiling unc? the G-em mixed beam with a to blow in sufficiently strong impulse * so that at least the jet penetrates almost the entire Eanalhöhe. By mixing the ignited fuel gases with the furnace atmosphere after the relationship

(1.»C x/ö ) (1)(1. »C x / ö) (1)

( L. = im Strahl verwirbelte Ofenatmosphäre in Abstand χ(L. = furnace atmosphere swirled in the beam at a distance χ

von der Mischrohraündung, yfrom the mixing tube mouth, y

Il,- = Zus&tzluftmengeIl, - = additional air volume

d = Durchmesser der Mischrohrmündung C * Konstante )d = diameter of the mixing tube mouth C * constant)

zu einem kegelförmigen Heißgas strahl, so da/: die nebeneinander liegenden Brenner einer Feuerungsstelle, einen die durch das Aus-fahrende des .Ofens einströmende Ofenatmosphäre steuernden Heißgasschleier bilden_Q JSP/S^fi^ wurde gefunden, daß dieto a conical hot gas jet, so that /: the adjacent burners of a furnace, a hot gas curtain controlling the furnace atmosphere flowing through the extending end of the furnace form _Q JSP / S ^ fi ^ it was found that the

optimale Betriebsweise hinsichtlich Brennstoffverbrauch und vollständiger Verbrennung cann erreicht wird, vrenn die Zusatzluftmen^e etwa der zur Verbrennung des eingebrachten Brennstoffes erforderlichen Menge entspricht. Dieses Ergebnis war insofern überraschend, als - wie unten noch näher erläutert wird - nach der Wärmebilanz der Brennstoffbedarf gegenüber der unmittelbaren Einspritzung des Brennstoffes in die normale Luftströmung, die ja bereits die fünf- bis achtfache Verbrennung luftmenge enthält, proportional der Zusatzluftnenge hätte größer werd η müssen. Dieses vorteilharte Sigebßis erklärt sich damit, daß die bessere Aufbereitung des flüssigen Brennstoff ee und die bessere Gemischbildung den mit den Einblasen kalter Zusatzluft eintretenden Verlust mehr als aufwiegt. " In Tunnelöfen, in denen die Menge der Ofenatmosphäre als gasförmiger Wärmeträger zu groß bemessen war, wurde mit dem Mischrohrv.erfahren sogar eine Verringerung des Brennstoffverbrauches gegenüber der Direkteinspritzung erzielt. Dies erklärt sich aus der Drosaelwirkung der Heißgasschleier auf j die Strömung der normalen Luft in der Abkühlzone, die infolge des Staues rekuperativ mehr Wärme von dem gebrannten Gut aufnehmen kann.optimum operating mode with regard to fuel consumption and complete combustion cann is achieved, vrenn the amount of additional air is roughly that for the combustion of the air introduced Fuel corresponds to the required amount. This result was surprising in that - as below will be explained in more detail - according to the heat balance, the fuel requirement compared to the direct injection of the fuel in the normal air flow, which is already the five to eightfold amount of air in the combustion is proportional to the amount of additional air that would have been greater η must. This advantageous result is explained by that the better processing of the liquid fuel ee and the better mixture formation with the injection cold additional air more than outweighs the loss. "In tunnel furnaces where the amount of furnace atmosphere as gaseous heat transfer medium was dimensioned too large, was with the Mixing tube processes even reduce fuel consumption achieved compared to direct injection. This is explained by the Drosael effect of the hot gas curtain on j the flow of normal air in the cooling zone, which as a result of the stagnation recuperates more heat from the fired material can accommodate.

Trotzdem bleibt bei dem bekannten Mischrohrverfahren ein gewisser Verlust durch die Einblasung zusätzlicher Luft irrit geringerer Enthalpie gegenüber der normal einströmenden Luft bestehen. Außerdem lassen sich auch Verunreinigungen durch ( Ölkohle und anderen Ablagerungen, besonders bei Schwerölbet-rieb, bei der Aufbereitung un$ Gemischbildung innerhalb des Ilischrohres nicht ganz vermeiden, so daß eine laufende Überwachung und häufige Yiartung dieser Geräte erforderlich ist.Nevertheless, with the known mixing tube method, a certain loss due to the blowing in of additional air remains less irritating Enthalpy compared to the normal incoming air. In addition, impurities can also be caused by ( Oil carbon and other deposits, especially with heavy oil operation, during processing and mixture formation within the Ilisch pipe do not avoid it entirely, so that ongoing monitoring and frequent maintenance of these devices is required.

Zu erwähnen ist noch, daß auch bei den bekannten gasbefeuerten Tunnel- und Hingöfen das Brennpas vor der Einblasung :,iit Zusatzluft genischt werden muß, tun eine bessere Verteilung der Gasrartikel (Verwirbelung) in Brennraun zu erzielen.It should also be mentioned that also with the known gas-fired Tunnel and Hingöfen the Brennpas before the injection:, iit Additional air needs to be muffled to do better distribution to achieve the gas particles (turbulence) in the furnace.

Der vorlieg· r.den Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die War:a^Wirtschaftlichkeit solcher TTärisebehandlunssöfen, insbescridere Tunnel- und Hingöfen, durch Verringerung des Erennst ■f^'^Tbv'i ; ^Λ■·. ^;3 r.u verbessern, TTObsi vor aller, für f'l""sis;eThe present invention is based on the problem of: a ^ economic viability of such heat treatment ovens, in particular tunnel ovens and hing ovens, by reducing the eruption ; ^Λ ■ ·. ^; 3 r. u better, TTObsi in front of everyone, for f'l ""sis; e

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oder fließfähige Brennstoffe, ζ.Β» Schweröl oder-Kohlenstaub, innerhalb des Brennraumes die Möglichkeit zur günstigsten Aufbereitung und Mischung dieser Brennstoffe mit Luft und .'günstigsten Steuerung der Strömung geschaffen werden soll«or flowable fuels, ζ.Β »heavy oil or coal dust, within the combustion chamber the possibility of the cheapest preparation and mixing of these fuels with air and the cheapest Control of the flow is to be created "

Diese Aufgabe wird mit einer Vdirrichtung zur Aufheizung und Steuerung der Ofenatmosphäre in einem Ofen der eingangs angegebenen Art gemäß vorliegender-Erfindung dadurch gelöst_s daß die Ausblasdüse für das gasförmige Medium für überkritisches Druckverhältnis ausgelegt ist. Durch diese Bemessung ergibt sich nicht nur - wie weiter unten noch näher erläuterteine Verringerung des Brennstoffverbrauches, es wird auch infolge des mindestens mit Schallgeschwindigkeit einströmenden g} Gasstrahles dessen Impuls auf die in der-jeweiligen Feuerstein Ie befindliche Gasmasse bedeutend größer, so daß man erfindungsg'imäß mit einem oder zwei Brennern pro Feuerstelle (statt bisher drei bis vier Brennern) auskommen kann. Die gesamte Befeuerungsanlage solche!? Öfen wird durch die Reduzierung der Brenneranzahl auf die Hälfte bis auf ein Drittel wesentlich vereinfacht und damit auch weniger störungsanfällig. Der starke Strählim- . puls gestattet es ferner, diese Brenner nicht nur in Öffnungen (Schüttlöchern ) der Ofendecke, sondern - wie an sich bekanntin den Seitenwänden anzuordnen. Bei wechselseitiger Anordnung dieser Brenner kann man dann," ähnlich einem Zick-Zack^Ofen, eine- im G-rundriß betrachtet- mäandrierende Strömung erzielen.This object is achieved with a Vdirrichtung for heating and control of the furnace atmosphere in an oven of the initially indicated type according to the present-invention in _s that the blow-off nozzle is designed for the gaseous medium for supercritical pressure ratio. This dimensioning not only results in a reduction in fuel consumption - as will be explained in more detail below, it also increases its momentum on the gas mass in the respective flint Ie due to the gas jet flowing in at least at the speed of sound, so that one i can manage with one or two burners per fireplace (instead of three to four burners previously). The entire lighting system such !? By reducing the number of burners by half to a third, furnaces are significantly simplified and therefore less prone to failure. The strong Strählim-. puls also makes it possible to arrange these burners not only in openings (pouring holes) in the furnace roof, but also - as is known per se - in the side walls. If these burners are arranged alternately, one can then "achieve a meandering flow, similar to a zigzag furnace, when viewed in a plan view.

k Weitere bedeutende Vorteile ergeben sich zusätzlich, wenn man in der Überschalldüse zentrisch ein Rohr anordnet, dessen Aus- ■ trittsöffnung im Gebiet der Überexpansion liegt, und dessen Eintrittsöffnung mit einem Kanal verbunden ist, der. an die.Aufheizzone öder an die Abkühlzone des Ofens angeschlossen ist. Ohne linsatz von Heißgasventilatoren kann man auf diese Weise aus der Aufheizzone hei£e Abgase absaugen und diese in denjenigen Bereich der Brennzone einblasen, in dem ein zu großer Luftüberschuß vorhanden ist. Bei den herkömmlichen Tunnel-und Ringöfen ohne Abgasrückführung beträgt dieser Luftüberschuß das fünf- bis achtfache der zur Verbrennung des eingespeisten Brennstoffes erforderlichen Luftraen.ee (A, ^β 5.··8). Dementsprechend hoch sind dabei auch die Wärmeveiluste durch die O£enabgase, d.h. durch die ins Freie abströmende Ofenatmosphäre,'die bis zu 60$ derk Additional significant advantages result if a pipe is arranged centrally in the supersonic nozzle, the outlet opening of which is in the area of over-expansion and the inlet opening of which is connected to a channel which. is connected to the heating zone or to the cooling zone of the oven. In this way, without the use of hot gas fans, hot exhaust gases can be sucked out of the heating zone and blown into that area of the combustion zone in which there is too much excess air. In conventional tunnel and ring furnaces without exhaust gas recirculation, this excess air is five to eight times the air space required for burning the fuel fed in. Ee ( A, ^β 5. ·· 8). The heat losses through the furnace exhaust gases, ie through the furnace atmosphere flowing out into the open, are correspondingly high, up to 60%

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gesaraten Brennstoffwärme enthalten kann. Diegeringsten Abwärmeverluste wären dann gegeben, wenn man nach Aufheizung des Ofens auf Brenntemperatur nur noch soviel Frischluft einführt, " als zur Verbrennung des in die Brennzone eingeführten Brenn» stoffes benötigt wird, um den dort erforderlichen Wärmebedarf und unvermeicliche Wärmeverluste durch Leitung und Strahlung zu decken, und den übrigen Teil der lediglich als Wärmetr-äger für den Wärmeaustausch benötigten Ofengase in die Abkühlzone zurückführt, Dadurch wird nicht nur die Wärmewirtschaftlichkeit eines Tunnel- oder Ringofens bedeutend besser, man erhält dadurch auch eine "weichere", neutrale Brennatmosphäre mit geringerem Gehalt an Sauerstoff, der häufig zu unschönen.Ablagerungen und Verfärbungen des gebrannten Scherbens führt. Imay contain total fuel heat. The lowest waste heat losses would be the case if, after heating the furnace to the firing temperature, only enough fresh air was introduced "than is required for the combustion of the fuel introduced into the combustion zone, in order to meet the heat demand there and to cover unavoidable heat losses through conduction and radiation, and the rest of the only as heat transfer media furnace gases required for heat exchange in the cooling zone This not only improves the heat economy of a tunnel or ring furnace significantly, it also gives you also a "softer", neutral firing atmosphere with a lower content of oxygen, which often leads to unsightly deposits and discoloration of the fired body. I.

Umgekehrt kann man auch heiße Luft aus der Abkühlzone entnehmen und durch das zentrisch-e Rohr der Überschalldüse in Bereiche des Sauerstoffmangels innerhalb der Brennzone einblasen, um die vollständige Verbrennung des eingeführten Brennstoffes sicherzustellen. Conversely, hot air can also be taken from the cooling zone and through the centric tube of the supersonic nozzle in areas the lack of oxygen inside the combustion zone to ensure complete combustion of the fuel introduced.

Das Gebiet der tfberexpansion hinter der Austrittsöffnung einer solchen Überschalldüse stellt weiterhin eine vortreffliche Aufbereit ungs zone für flüssige oder fließfähige Brennstoffe, wie Heizöl, Schweröl, Masut, Kohlenstaub, Kohlenstaub-Wasser-Suspensionen und dgl. dar* Der hier herrs-chende Unterdruck bei hoher Strahlungshitze fördert die Verdampfung und Vergasung dieser Brennstoffe, die - nach Überführung in die Gasform- ' aerodynamisch durch die Mach^schen Linien abgeschirmt, sind und daher nicht von der natürlichen Atmosphärenströmung mitgerissen werden können. Der nachfolgende Kondensations- oder X-Stoß hat. hier wegen- der großen Strahlungshitze keine schädlichen Folgen. ■ Der starke Impuls der in diesem Falle durch die Überschalldüse einströmenden Luft sorgt für die größ'mörrliche Verteilung der ■ Brennstoffmoleküle über den gesamten Ofenquerschnitt. Bei hochsiedenden Brennstoffen kann der Vergasungsprozeß noch dadurch begünstigt werden, daß die Brennstoffleitung innerhalb des zuvor beschriebenen, von Heißgas durchströmten Rohres angeordnet wird. - ·The area of the tfberexpansion behind the outlet opening of such a supersonic nozzle also represents an excellent preparation zone for liquid or flowable fuels, such as heating oil, heavy oil, masut, coal dust, coal dust-water suspensions and the like radiant heat promotes the evaporation and gasification of these fuels, which - after conversion into the Gasform- 'aerodynamic rule by the Mach ^ lines screened, are and therefore can not be carried away by the natural atmosphere flow. The subsequent condensation or X-shock has. here because of the great radiant heat no harmful consequences. ■ The strong momentum of the air flowing in through the supersonic nozzle in this case ensures that the fuel molecules are distributed over the entire furnace cross-section. In the case of high-boiling fuels, the gasification process can be further promoted by arranging the fuel line within the previously described pipe through which hot gas flows. - ·

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Im Folgenden werden die Wirkungen der Erfindung an Diagrammen und einige Ausführungsbeispiele, an Hand von sehemafii sehen Darstellungen erläuiert. Ss zeigen dieIn the following, the effects of the invention will be seen in diagrams and some exemplary embodiments with the aid of sehemafii Representations explained. Ss show the

Fig,1: Das Schema eines Tunnelofensystems im Längsschnitt,Fig, 1: The scheme of a tunnel furnace system in longitudinal section,

Fig.2; das Diagramm des Brennstoff-Verbrauches in Abhängigkeit von" der Zusatzluftmenge,Fig. 2; the diagram of fuel consumption as a function of of "the additional air volume,

Jig.3z eine Vorrichtung mit überkritischer Düse, im Schüttloch der Ofendecke angeordnet,Jig.3z a device with a supercritical nozzle, in the pouring hole arranged on the furnace roof,

lig.4: eine überkritische Düse mit ca. 180° Divergenzwinkel, Iig.5i eine überkritisch© Düse mit Schrägabschnitt,lig. 4: a supercritical nozzle with a divergence angle of approx. 180 °, Iig.5i a supercritical © nozzle with angled section,

.6: einen Querschnitt durch einen Tunnelofen mit verschiedenen alternativ oder gemeinsam anwendbaren Düsenanordnungen-und .6: a cross-section through a tunnel furnace with various alternatively or jointly applicable nozzle arrangements-and

aa oino THteAen aa oino THteAen

In Pig. 1 bezeichnet BG- das Brenngut, L die Ofenatmosphäre (Kormalluft), "L„ die Zusatzluft und CL, die Brennstbffwärme, die zwischen den Querschnitten 1 und 2 in die Brennzone eingebracht werden» Bei 0 tritt die Ungebungsluft in den Tunnel ein, und die Abgase verlassen ihn im Querschnitt 3. Die Bewefc " gung des Brehngutes erfolgt in umgekehrter Richtung. Zwischen 0 unfl 1 (Abkühlzone) wird die Luft L_n vom gebrannten Qut auf*»- j geheizt, in der Brennzone zwischen 1 und 2 mit Zusatzluft L₂ vermischt und durch Brennstoffwärme auf Brenntemperatur gehal-• ten. Die Abgase L^. verlassen bei 2 die. Brennzone and geben ihre Wärme an den ungebrannten Besatz ab_e In Pig. 1 denotes BG- the material to be fired, L the furnace atmosphere (Kormalluft), "L" the additional air and CL, the fuel heat that is introduced into the firing zone between cross-sections 1 and 2 Exhaust gases leave it in cross-section 3. The movement of the brehn material takes place in the opposite direction. Between 0 and 1 (cooling zone) the air L _{n is} heated by the burned material to * »- j, mixed with additional air L ₂ in the burning zone between 1 and 2 and kept at the burning temperature by the heat of the fuel. The exhaust gases L ^. leave at 2 the. Burning zone and give off their heat to the unfired trimmings _e

Betraohtet ma» zunächst den Ofen ohne Zusatzluftzufuhr, dann ergibt sich die Wärmebilanz zuIf you take a look at the furnace without additional air supply, then results in the heat balance

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SNSPECTBDSNSPECTBD

. i₂ -. i ₂ -

oder-da Ly* L t % - L (i₂ - I₁) (2)or-da Ly * L t% - L (i ₂ - I ₁ ) (2)

ig spezifische Enthalpie der Luft bzw. Abgase in 1 bzw,2).ig specific enthalpy of the air or exhaust gases in 1 and 2).

Bei Betrieb mit Zusatzluft L₂ ist ■ . I^ « Ly - L₂ When operating with additional air L ₂ is ■. I ^ «Ly - L ₂

Ss ist somit 'Ss is thus'

Qn - W (I* - ±»\ +X₇ {U - ί₇ -. —Sä-.) (3)Qn - W (I * - ± »\ + X ₇ {U - ί ₇ -. —Sä-.) (3)

(H. » adiabatisohe Förderhöhe ^unäyj__aa " innerer Wirkungsgrad des Yerdiohters der Zusatzluft),(H. »adiabatic ^{head unä} yj_ _a a" internal efficiency of the yerdioher of the additional air),

Auö Gleiohung(3) geht eindeutig hervor, daß mit größer werdendem "La (Zusatzluft) der Brennstoffverbrauch Q«s zunehmen muß.Equation (3) clearly shows that the fuel consumption Q «s must increase with increasing La (additional air).

Ha. Diagramm der Fig.2 ist auf der Ordinate der Brennstoffverbrauch b und ,auf der Abszisse die Zusatzluftmenge L₂ aufgetragen. Per Wert L» » 1 entspricht der vollen Verbrennung-sluftmenge (stöchiometiisches Verhältnis). Zwischen den Werten L₂ · 1,0 und 2,0" wurden einige b-Werte im praktischen Ofenbetrieb gemessen (ausgezogener Kurventeil). Da bei Mischrohrbrennern zwecks Aufrechterhaltung eines konstanten Temperaturfeldes die Menge L« · 1 nicht wesentlich unterschritten werden darf, wurde der untere Teil der Kurve (gestrichelte Linie) bis zu den Wert L„ » 0 berechnet, der also den theo- · Ha. The diagram in FIG. _{2 shows} the fuel consumption b on the ordinate and the additional air quantity L 2 on the abscissa. A value of L »» 1 corresponds to the full combustion air volume (stoichiometric ratio). Between the values L ₂ · 1.0 and 2.0 ", some b-values were measured in practical furnace operation (solid part of the curve) lower part of the curve (dashed line) up to the value L "» 0, which means the theo- ·

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. retischen Brennstoffverbrauch. b_Q ohne Zusatzluft, d.h. bei direkter Einspritzung.des' flussigen"Brennstoffes in die Ofenatmosphäre angibt. Bn praktischen Ofenbetrieb wurde nun gefunden, daß der Brennstoffverbrauch q^ beim ί Einblasen der Menge L« = 1 im allgemeinen nicht größer ist als bei der Direkteinsprit^ung, daß bei manchen. Öfen durch Einblasen kälteter Zusatzluft sogar der Brennstoffverbrauch verringert wurde. Dieser- Mehrverbrauch gegenüber der theoretischen Mindestmenge b ergibt sich dadurch, daß der direkt in die heiße Ofenatmosphäre eingespritzte oder . eingestäubte Brennstoff infolge unzureichender Aufbereitung. retic fuel consumption. b _Q without additional air, ie with direct injection of the 'liquid' fuel into the furnace atmosphere. In practical furnace operation, it has now been found that the fuel consumption q ^ when the quantity L «= 1 is blown in is generally not greater than with direct injection It is not the case that in some stoves the fuel consumption was even reduced by blowing in cold additional air

B) und mangelhafter Gemischbildung mit schlechtem Wirkungsgrad umgesetzt wird. Die Verluste b^ - b betragen dabei· ca, 16$ des effektiven Verbrauches. Beim Mischrohrverfahren stellt sich nun durch das Einführen.kalter Zusatzluft auch etwa ein solcher Mehrverbrauch ein, es werden dabei· aber ein besseres Brennergebnis, also gleichmäßig gut ^gej brannte Ware, und rußfreie Abgase erzielt, die somit anschließend noch für Trocknungszwecke verwendet werden·können. Ist darüber hinaus die Ofenluftmenge L_n für den Wärmeaustausch zu groß bemessen, dann ist die spezifische.Enthalpie i^ beim Eintritt in die'Brennzone bei 1 geringer., und es wird bei Direkteinspritzung die zusätzliche Brennstoff.·*' ' menge bp - b,. benötigt, um auf die geforderte'Brenntempera-·B) and poor mixture formation is implemented with poor efficiency. The losses b ^ - b amount to approx. $ 16 of the effective consumption. With the mixing tube method, the introduction of cold additional air also results in such an additional consumption, but a better burning result, i.e. evenly well-burned goods, and soot-free exhaust gases are achieved, which can then be used for drying purposes . In addition, if the furnace air quantity L _{n is} too large for the heat exchange, then the specific enthalpy i ^ when entering the combustion zone is lower at 1, and with direct injection the additional fuel quantity bp - b ,. required to reach the required fire temperature

r tür zu kommen. Mit Hilfe der beim Mischrohrverfahren erzeugten Heißga*-sschleier wird dagegen die Luftströmung in der Abkühlzone 0-1 gedrosselt, so daß die geringere Luftmenge L_n vom gebrannten Gut voll aufgeheizt und der Brennstoffverbrauch auf b,- erniedrigt wird.r door to come. With the help of the hot gas curtain produced in the mixing tube process, on the other hand, the air flow in the cooling zone 0-1 is throttled so that the smaller amount of air L _n from the burnt material is fully heated and the fuel consumption is reduced to b, -.

Die vorliegende Erfindung strebt nun nicht nur eine weitere Annäherung an den theoretischen Mindestverbrauch b bei Direkteinspritzung, sondern möglichst noch eine Unterschreitung dieses Wertes an. Mit der erfindungsgemäßen AuslegungThe present invention not only seeks a further approximation to the theoretical minimum consumption b Direct injection, but if possible still a shortfall this value. With the design according to the invention

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der Einblasdüse auf Überkritisches Druckverhältnis wird zunächst mit geringerer Luftmenge L₂ ein größerer Impuls erzeugt* -Dadurch.wird in Gleichung (3) der Wert Lg und somit auch Q^ kleiner. Die höhere Verdichtung der Zusatzluft bedingt keinen Verlust, da der Wert Η_οΛ /» den BrennstoffverbrauchWhen the injection nozzle is set to the supercritical pressure ratio, _{a larger impulse is initially generated with a lower air volume L 2.} The higher compression of the additional air does not cause any loss, since the value Η _οΛ / »the fuel consumption

vermindert. · ,.reduced. ·,.

Wird die Zusatzluft dem Ofenmantel entnommen und eventuell durch Strahlungshitze aufgeheizt, dann wird i„ größer und j damit Q^ weiterhin vermindert. Wird nun außerdem.noch der im Gebiet der Überexpansion herrschende Unterdrück zur Ansaugung und Einblasung von Abgasen oder Kühlluft aus dem Ofenmantel genutzt, dann wird der Brennstoffverbrauch um den Betrag der diesen Gasmengen innewohnenden Enthalpie-.Is the additional air taken from the furnace shell and possibly heated up by radiant heat, then i "becomes larger and j thus Q ^ continues to decrease. Will now also Negative pressure prevailing in the area of overexpansion for sucking in and blowing in exhaust gases or cooling air from the When the furnace jacket is used, the fuel consumption is increased by the amount of enthalpy inherent in these gas quantities.

reduziert, so daß man dem Idealprozeß wesentlich näher kommt;·reduced so that one comes much closer to the ideal process;

Die Fig.3 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung für flüssigen Brennstoff, im Schüttlooh 1 in der Decke 2 eines Tunnelofens angeordnet. Sie besteht aus dem Rohr 3, an.dessen brennraumseitigen Ende die auf überkritisches Druckvtrnält-* niö ausgelegte Einblasdüse 4 angeeflnet is4# Der Brennstoff wird durch das Rohr 5 zugeführt, an !lessen Ende, zwecks .Verwertung des Druckes in der Brennstoffleitung, eine Druck-' > 3 shows a device according to the invention for liquid fuel, arranged in the Schüttlooh 1 in the ceiling 2 of a tunnel furnace. It consists of pipe 3, at the end of which is on the combustion chamber side the injection nozzle 4, designed for supercritical pressure supply, is flown - '>

Zerstäuberdüse angeordnet sein kansAtomizer nozzle can be arranged

Bei druckloser BrennWith pressureless firing

stoff einspeisung empfielt es sich, den flüssigen Brenn** '. stoff schon vorher weitgehend tu verdampfen» HIr diesen Zweck ist das Brennstoff rohr 5 zentrisoh in-eines die Düse 4 durchsetzenden Rohr 6 angeordnet, .dessen AustrittsöffÄung im Gebiet der tjb er expansion liegt-. Am anderen Bnd© ist. dieses Rohr 6 mit einem Stutzen 7 versehwi, ä«£ an di· .Öffnung 8 . eines heiße Gase führenden Kanals $ angeschlossen. ist-»-Der "'-im Gebiet der Überexjjansion *3?zeugW Uhterdrucl; toewirfct Λβ^ bei das Ansaugen von Gasen höherer temperatur, a.B· Atge» \] aus der Aufheizzone oder Warenluft aus dem Kühlkanal-, des ; Ofens, so daß der im Rohr 5 befindliche Brennstoff aaifge« |' heizt und verdampft wird, und gleichzeitig Ofenabwärme iir den Wärmebehandlungsprozeß zurückgeführt wird·It is advisable to feed the liquid fuel ** '. material already largely evaporate tu "HIr this purpose is the fuel pipe 5 zentrisoh an in-positioned nozzle 4 passing through tube 6, .dessen AustrittsöffÄung in the area of he expansion tjb liegt-. On the other band © is. this pipe 6 is provided with a connecting piece 7 at the opening 8. connected to a duct $ carrying hot gases. is - »- The "'- in the area of over-expansion * 3? zeugW Uhterdrucl; toewirfct Λβ ^ when gases of higher temperature are drawn in, aB · Atge » \] from the heating zone or product air from the cooling duct, the; oven, see above that the fuel in the pipe 5 aaifge «| ' is heated and evaporated, and at the same time waste heat from the furnace is returned to the heat treatment process

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■ ORIGINAL INSPECTED■ ORIGINAL INSPECTED

tig.4 und 5 sind die der Fig.3 entsprechende» feile mit . ■{ den. gleichen Bezugs zeichen versehen· In Fig«4 hat die Döse 4a jedoch, quer asu» Strömungsrichtung der Ofenatmosphär« einen · | DiTergensHtinkel von ca» 180°, .und innerhalb des Brennstoff- j rohre» 5 ist ein Stab 10 eingesetzt, dessen unteres 2nd« aus dem !ohr 5 herausragt. Der an diesem Stafc haftende Ölfilm Wirt ~ soweit er nicht verdampft - von dem das Rohr 6 durchströmenden warmen oder heißen Gas mitgerissen und in der turbulenten StrömuBg zerstäubt tmd vergast, wobei der im Gebiet der Über· expansion herrschende unterdruck den YerdampfungsprazeB fördert· Den Abstand a zwischen den Austrittsöffnuagea der beiden Bohr* 5 «nd 6 wird man dabei vorteilhaft so wäiilen_f daß innerhalb dieser Bohre keine Ausscheidungen des Brennstoftee ablagern oder Ölkohle anwaehsen kann. Gegebene»?alls- kanu der " ^: Stab 10 zum· Abstoßen solcher Ablagerungen benutzt .wer des«Figures 4 and 5 are the files corresponding to Figure 3. ■ { the. Provided with the same reference symbols · In FIG. 4, however, the socket 4a has a · | transversely to the “direction of flow of the furnace atmosphere” DiTergen angle of approx. 180 °, and a rod 10 is inserted inside the fuel pipe 5, the lower end of which protrudes from the ear 5. The oil film adhering to this rod host - if it does not evaporate - is entrained by the warm or hot gas flowing through the pipe 6 and is atomized and gasified in the turbulent flow, whereby the negative pressure prevailing in the area of over-expansion promotes the vaporization process Austrittsöffnuagea between the two drilling * 5 "nd 6, it is advantageously so that wäiilen _f within this deposit drill no precipitates of Brennstoftee or may anwaehsen oil coal. Given "? Allscanu der" ^: rod 10 is used to · repel such deposits. Whoever des «

Di· Düse 4b nach fig«5 zeichnet sich durch, eisen «ohnitt aus* d#h· die Auatrittsöf£aiis§: 11 liegt seteäg sis? Achs* des noire« 5t- Hierdurch- kamt ein gröSf;¹?«? tJsterdxuok ie β«biet der-tlberexpansiOÄ erzielt weries#The nozzle 4b according to fig. 5 is characterized by "iron" ohnitt * d # h · the auatrittsöf £ aiis§: 11 is seteäg sis? Achs * des noire «5t- This resulted in a great; ¹ ? «? tJsterdxuok ie β «where the tlberexpansiOÄ is achieved #

-fig» J »teilt jeinige Anordnungsmögliefekeitam tob Strähl- - · brennern niuÄ'^:per Srfindung in einer .Feuersteilt eines nelofens dar. dessen Umgrenzung von-den .Wänden 12 imü. &βτ -fig »J» divides any possible arrangement on the tob Strähl- - · burners niuÄ ' ^: by finding in a .fire part of a furnace. Its boundaries from the .walls 12 imü. & βτ

. _|;: ■ Decke 11 gebildet ist, die mit Kanälen.f.durohzogen ainS_t . _{| ;:} ■ Ceiling 11 is formed, which is pulled through with channels. F. AinS _t

" :. durcli· die KölÜpLuft oder Abgase geleitet' werden kSßaem· '":. through · the KölÜpLuft or exhaust gases are passed 'kSßaem ·'

Der Brenner- M- -entspricht in Ausbildung, und ünoräauag dem«^· aach''lig».S_t Jedoch mit einer¹ Dtse.mit. Sohrägabeohn 5.-.^-.Iömmi also in den.SehÜttiöcherB Ttophanäener öf en nnohträg3(ii0h eingesetzt-werden* Ätrend man abe» .bei Misehrohrbrenilerm-drei- oder vier Brenner ,Je Jeueratell l nÖtigte> kommif man bei Verwendung von 0trahlbrenaerft naote der Erfindung imit -ein oder zwei Brennern aus $ die-TO&'-Feue stelle'au Feufljrstelle wechselseitig aspaaetriseli- und -«*- wie der Brenner 13 - .symmetrisch in der Deeke angeordnetkönnen· "Der Brenner 15 entspricht der Ausbildung naokThe burner M- corresponds in training, and ünoräauag the "^ · aach''lig" .S _t, however, with a ¹ Dtse.mit. Sohrägabeohn 5 .-. ^ -. Iömmi also in the.SehÜttiöcherB Ttophanäener öf en nnohträg3 (ii0h are used * Ätrend one abe ». At Misehrohrbrenilerm-three or four burners, each Jeueratell is necessary> come on when using 0trahlbrenaerft of the invention with one or two burners from $ die-TO &'- Feue stelle'au Feufljrstelle alternately aspaaetriseli- and - «* - how the burner 13 - can be arranged symmetrically in the deeke" The burner 15 corresponds to the design naok

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■ .' BAB ORIGINAL■. ' BAB ORIGINAL

ill üßß Ofendecke vermindern aber den tragenden, tyiersohnittf *o AtjTai· Al· Deokenkonstruktion komplizieren und Yerteu«*». Aal$r4tta bedingen sie einen larmererluet. Xnfolfce ihre* «tsarkeh ßtrahliapulses können Strahlbrenner nach der Erfindung mit ebenso gutem Erfolg auch in den Seitenwäaden untergebracht werden, wie z.B. der Brenner 16·Ill üßß oven ceiling but reduce the load-bearing, tyiersohnittf * o AtjTai · Al · Deokenkonstruktion complicate and Yerteu «*». Aal $ r4tta they cause a little mererluet. In order to have their * «tsarkeh ßstrahliapulses, beam burners according to the invention can also be accommodated in the side walls with just as good success, as for example the burner 16.

Die Lage de* AaatrittsÖffnung der Düse, s ohr ag oder recht- ; winkelig zur Br eouixtohse, und ihre Form, die kreisrund, elliptisch oder rechteckig sein kann, richten sich dabei nach der Höhenlage des Brenner·. Torteilhaft bildet man die Austrittsöffnung so«««, Aiii der eingeblasen· Gemiechetrahl.auf ein· j jj^gLiohet gJoBe ntoae der Ofenatmosphäre auf trifft und diese Γ' in d*r ,fltrahlriohtiang verdrängt.The position of the opening of the nozzle, s ohr ag or right; at an angle to the Br eouixtohse, and its shape, which can be circular, elliptical or rectangular, depends on the altitude of the burner ·. Forms Torteilhaft to the outlet opening so «« «, Aiii the blown · Gemiechetrahl.auf a * j ^ jj gLiohet gJoBe ntoae the furnace atmosphere to meet and r, fltrahlriohtiang displaced this Γ 'in D *.

_t^\\ _t ^ \\ Wa weiter·* Torteil der Ir fin dung ergibt sich noch dadurch,What further

. AeJ der bei Auslegung der Suse auf überkritisches Drückrer- .. AeJ when designing the Suse for supercritical push-button.

^;1 >\ ι, hlltnie notwendige !Allere Luftdruck bei kleinerem LuftTOlumen. ^{; 1} > \ ι, never necessary! All air pressure with smaller air volume.

' ^T «4.B« bedeutende Tgruimderung der Le itungs querschnitt β erlaubt· t r;^; 'φ| könne« «<»sit atfla die Luft - oder aas leitungen im Ofenmau-' ^T «4.B« significant change in the line cross-section β allowed · t r; ^; 'φ | can «« <»sit atfla the air - or the pipes in the oven wall

·.,+ erwerk untergebracht werden, wobei die Brennst off leitungen -·., + Erwerk, whereby the fuel pipes -

* '' wie,an eicit beluui&t - innerhalb der Gaeleitungen verlegt wer- * '' like, an eicit beluui & t - be laid within the Gaeleitungen

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BAD OBK3i\NAUBAD OBK3i \ NAU

Claims (1)

Patentansprüche Claims ii 1# Vorrichtung zur Aufheizung und Steuerung der durch einen Ofen für Wärmebehandlungszweöke, z.B. für !ceramisohen Brand, strömenden Atmosphäre, bestehend aus einem in einer öffnung der Ofenumgrenzung (z.B. Wand oder Decke) eingesetzten, rohrförmigen Brenner, durch den Brenngas oder flüssiger oder fließfähiger Brennstoff mit nicht brennbarem G-as (z.B. Luft, COg u. dgl.) eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblasdüse(4) für das gasförmige Medium für tiberkritisches Druckverhältnis ausgelegt ist·1 # Device for heating and controlling the through a Furnace for heat treatment purposes, e.g. for! Ceramisohen Fire, flowing atmosphere, consisting of an inserted into an opening of the furnace enclosure (e.g. wall or ceiling), tubular burner, through the fuel gas or liquid or flowable fuel with non-combustible Gas (e.g. air, COg, etc.) is blown in, characterized in that the blow-out nozzle (4) for the gaseous Medium designed for supercritical pressure ratio is· 2· Brenner nach Anspruch 1, daurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (11) der Düse (4b) schräg zur Düsenachse liegt. , . ■ . ' 2 · Burner according to claim 1, characterized in that the outlet opening (11) of the nozzle (4b) is inclined to the nozzle axis . ,. ■. ' 3. Brenner nach Anspruch 1, daurch gekennzeichnet, daß der divergierende Düsenteil einen Winkel von 90 bis 180° auf weist.3. Burner according to claim 1, characterized in that the diverging nozzle part at an angle of 90 to 180 ° shows. 4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis-S₁ daurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) von einem Rohr (5 oder 6) durehrttzt ist, dessen Austrittsöffnung im G-ebiet der Überexpans-ion des Düsenstrahles liegt.4. Burner according to one of claims 1 to S _1, characterized in that the nozzle (4) is durehrttzt by a tube (5 or 6), the outlet opening of which is in the region of the overexpans-ion of the nozzle jet. 5. Brenner nach Anspruch 4, dadurc-h gekennzeichnet, daß5. Burner according to claim 4, dadurc-h characterized in that das Rohr (6) zur Einblasung von dem Ofen aus der Aufheizungs o'der Abkühlungszone entnommenen Heißgas eingerichtet ist.the pipe (6) for injection from the furnace from the heating o'the cooling zone removed hot gas is set up. 6. Brenner nach Anspruch 4, dadarch gekennzeichnet, daß das Rohr(5) zur Einführung des flüssigen oder fließfähigen Brennstoffes eingerichtet ist.6. Burner according to claim 4, characterized in that the Tube (5) is set up for the introduction of the liquid or flowable fuel. 7. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zentrisch im Heißgas rohr (6) das Brennstoffzuführungsrohr{;5) angeordnet ist.7. Burner according to claim 5, characterized in that the fuel supply pipe {; 5) is arranged centrally in the hot gas tube (6). 009828/0630009828/0630 A.A. 8. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgas führende Roh» (6) unmittelbar an einem benachbarten, Heißgas führenden Kanal(9) der Ofenumgrenzung angeschlossen ist.8. Burner according to claim 5, characterized in that the hot gas leading raw »(6) is connected directly to an adjacent, hot gas leading channel (9) of the furnace boundary. 009828/0630009828/0630